Kolbenmaschine

Kolbenmaschinen sind Fluidenergiemaschinen mit einem Arbeitsraum, dessen Volumen durch einen meist periodisch bewegten Verdränger (Kolben) intermittierend verändert wird. Der Fluidstrom sowie Druckunterschiede zwischen Ein- und Auslauf sind bei Kolbenmaschinen infolge der intermittierenden Arbeitsweise veränderlich, was sie von kontinuierlich arbeitenden Strömungsmaschinen wie Gasturbinen unterscheidet, bei denen Fluidstrom und Druckverlauf stationär konstant bleiben.

Allgemein kann es sich dabei sowohl um Arbeitsmaschinen handeln (in der Sichtweise der Hydraulik: "Geber"), als auch um Kraftmaschinen (Motoren; in der Hydraulik: "Nehmer"), wobei manche Kolbenmaschinen auch reversibel in beide Richtungen arbeiten können, wie Hydraulikzylinder sowie manche Hydraulikpumpen, die umgekehrt als Hydraulikmotor funktionieren oder ein Stirling-Motor, der als Arbeitsmaschine angetrieben zur Wärmepumpe wird. Grundsätzlich zu unterscheiden sind zwei kinematische Prinzipien:

Hubkolbenmaschinen

Bei Hubkolbenmaschinen ist der Verdränger ein mehr oder weniger scheibenförmiger Kolben (engl. Piston), der sich in einem Zylinder hin- und her bewegt oder ein zylindrischer Plunger, der zum Beispiel in einer Stopfbuchse läuft. Hubkolbenmaschinen gibt es sowohl als Arbeitsmaschine (Pumpe = Geber) wie auch als Kraftmaschine (Nehmer) die eine Last antreiben, wie ein Hydraulikzylinder. Ähnliche Prinzipien gelten in der Pneumatik, wobei dann jedoch zusätzlich die Kompressibilität des Arbeitsgases mit Verdichtung und Expansion zu berücksichtigen ist. Zu unterscheiden sind je nach Art der Kinematik:

 

Rotationskolbenmaschinen

Drehkolbenpumpe
Als Kreiskolbenmaschine zählt auch der Wankel-Motor zu den Kolbenmaschinen

Bei Rotationskolbenmaschinen rotieren speziell geformte Verdränger, so dass der Kurbeltrieb entfällt. Zu unterscheiden sind hier nach der Art der Kinematik:

Einteilung der Rotationskolbenmaschinen
Bezeichnung Kürzel Rotierende
Massenkräfte
Oszillierende
Massenkräfte
Beispiel
Drehkolbenmaschinen DKM Roots-Gebläse
Kreiskolbenmaschinen KKM + Wankelmotor
Drehkolbenartige Umlaufkolbenmaschinen DUKM +  
Kreiskolbenartige Umlaufkolbenmaschinen KUKM + + Flügelzellenpumpe

Bei DUKM und KUKM sind in der Regel die Drehzahlen begrenzt, wenn die Massenkräfte nicht ausgeglichen werden können.

Maschinenart Arbeitsmaschinen Kraftmaschinen
Hydraulische Kolbenmaschinen
(≈inkompressible Medien)
Kolbenpumpen Hydraulikmotoren
Thermische Kolbenmaschinen
(kompressible Medien)
Kolbenverdichter Verbrennungsmotor
Gasexpansionsmotor
Dampfmaschine
Stirlingmotor

Siehe auch

Literatur

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 13.11. 2021